Dispersion de polluant

Concentrations en polluant [g.kg^-1] Nodal pièce 1 Nodal pièce 2 Zonal 3x3x3 pièce 1 Zonal 3x3x3 pièce 2 Zonal+Nodal pièce 1 Zonal+Nodal pièce 2

FIG. 4.3 – Profils de concentration en polluant

sont sous-estimés par rapport aux données expérimentales pour les deux sens de l’écoulement. Comme nous l’attendions, ces résultats indiquent que les modèles zonaux conventionnels ne sont pas en mesure d’estimer de façon précise les écoulements au travers de grandes ouvertures mettant en relation deux zones d’un bâtiment. En revanche, les prédictions du modèle nodal sont en très bon accord avec les données expérimentales. Donc afin de remédier à la limitation des mo-dèles zonaux, nous proposons l’approche suivante. Il s’agit de déterminer dans un premier temps les transferts de masse au sein du bâtiment entier à l’aide de la méthode nodale puis d’imposer cette solution comme conditions aux limites des deux modèles de zones utilisant l’approche zo-nale. Dans ce cas, l’écoulement au travers de la grande ouverture est une donnée d’entrée pour les deux modèles zonaux pour lesquels il n’y a pas de continuité des champs de pression.

Cette procédure de couplage a été mise en œuvre dans la plate-forme de simulation SIM -SPARK. Et nous l’avons ensuite appliquée à une étude de transport de polluant dans cette même cellule expérimentale.

4.1.3.2 Dispersion de polluant

Nous avons conservé les mêmes conditions aux limites thermiques et aérauliques que pré-cédemment considérant que l’écoulement est stationnaire durant tout le processus de dispersion de polluant. Il faut noter que la procédure de couplage mise en œuvre est effective pour chaque pas de temps de calcul. Auquel cas, les conditions aux limites du modèle zonal sont mises à jour à chaque pas de temps. Nous pouvons également procéder au bouclage entre les deux modèles à chaque pas de temps, si l’on considère que les résultats du modèle zonal en terme de prédiction

0 0,5 1 1,5 2 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 z [m ]

Débit massique de pollutant [kg.h^-1] Nodal Zonal 3x3x3 Zonal+Nodal

FIG. 4.4 – Débits de polluant au travers de l’ouverture

du champ de température notamment, influent sur la résolution du modèle nodal.

Dans cette étude, nous avons imposé une source constante de0,1 g.s−1de polluant de même densité que l’air. Cette source est située au centre de la pièce 2 (voir figure 4.1).

La figure 4.3 présente les profils de concentration en polluant obtenus le long des deux axes verticaux situés au centre des pièces 1 et 2. Nous observons clairement que le modèle nodal surestime la concentration dans la pièce 1 par rapport aux résultats du modèle zonal. Ce résultat met en évidence une fois de plus les limitations de l’hypothèse de mélange parfait adoptée dans l’approche nodale.

Lorsque les modèles zonaux sont couplés au modèle nodal, les débits massiques au travers de l’ouverture augmentent en intensité par rapport aux modèles conventionnels (voir figure 4.2). Cette augmentation de débit se traduit alors par une élévation de la concentration dans la pièce 1 située en amont de la source.

La figure 4.4 présente les débits de polluants au travers de l’ouverture pour les trois modèles cités précédemment. Nous observons dans ce cas, que le modèle nodal surestime le transfert de polluant par rapport aux résultats de modèle zonal du fait de l’hypothèse de mélange parfait. En effet, cette hypothèse induit une concentration uniforme dans la pièce où est localisée la source. Cette même concentration est utilisée pour déterminer le transfert vers la pièce voisine, alors que dans le cas du modèle zonal, la concentration est hétérogène dans les deux locaux. Ainsi, seul le polluant présent dans les cellules proches de l’ouverture est concerné par le transfert vers la pièce 1.

détail des transferts de masse dans un bâtiment multi-zone à l’aide des approches nodales et zonales. Aussi, cette approche est généralisable à des études concernant des bâtiments disposant d’un plus grand nombre de zones.

4.1.4 Conclusion

La comparaison des prédictions avec les données expérimentales nous a permis de mettre en évidence l’intérêt d’utiliser une approche nodale pour déterminer l’écoulement au travers de l’ensemble d’un bâtiment et d’imposer ensuite ses résultats comme conditions aux limites des différents modèles zonaux destinés à caractériser les détails dans des zones particulières. Nous avons ensuite démontré que la méthode de couplage fournit des prédictions de transport de polluant qui ont un meilleur sens physique que les approches nodales ou zonales seules.

Aussi, nous avons souligné qu’en pratique, l’approche nodale néglige la perte de charge associée à l’écoulement d’un local. Nous avons également fait cette hypothèse pour mettre en œuvre cette méthode de couplage entre les approches nodales et zonales. Des études supplémen-taires sont donc nécessaires pour estimer la perte de charge associée à ce type d’écoulement. Nous pouvons citer une première piste consistant à appliquer la conservation d’énergie cinétique dans chacune des zones, en supplément du bilan de masse et d’énergie thermique (AXLEY, WURTZet MORA, 2002).

Dans la partie qui suit, nous allons à nouveau appliquer la méthode de couplage présentée ici, entre un modèle nodal et un modèle zonal, mais également illustrer l’approche de couplage énergétique entre un modèle nodal et un modèleRANSk−ǫ.